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冶金动力 州 田T A L L U R G I C A L P O WE R 2 0 0 6 年第5 期 总第 1 1 7期 综合自动化装置在本钢电力系统中的应用 刘春华 ( 本溪钢铁股份有限 公司计控厂， 辽宁本溪 1 1 7 0 0 0 ) 摘 要本钢新改造项目 电 气设备的 二次系统广泛采用综合自 动化装置， 不仅使电 气设备的 管理水平 提高， 而且占 地面积小、 在线运行可靠性好， 集变电所的继电保护、 测量、 监视、 运行控制和通信于一体， 提高了 企业的自 动化水平。 【 关键词1综合自 动化; 在线; 继电 保护 【 中图分类号】T M 7 6 文献标识码】B【 文 章 编号】1 0 0 6 - 6 7 6 4 (2 0 0 6 ) 0 5 -00 0 4 - 0 3 A p p l i c a t i o n o f C o m p r e h e n s i v e A u t o m a t i o n D e v i c e i n B I S C O (M e a s u r e m e n t C o n t r o l P l a n t , B e n x i A b s t r a c t T h e s e c o n d a ry s y s t e m L I U C h u n - h u a I r o n o n - l i n e ; r e l a y p r o t e c t i o n 1 简述 自1 9 9 9 年以来， 本钢陆续进行改造， 本钢电网 也发生了很大的变化， 一次设备及二次保护系统随 之改变， 尤其是二次设备， 采用综合保护继电器代替 了老式的电磁式继电器， 有多家综自 厂家的产品打 人了 本钢市场， 如供电厂冷烧变电所采用的大连中 电 集团的Z D - 9 7 0 0 ( I ) 系列; 供电 厂二铁牵引变电 所 所采用的上海申瑞集团的D E P - 8 0 0 系列保护测控 装置; 二铁厂6 高炉、 二钢厂4 # 转炉、 供电厂滨河变 电所等均采用北京清华紫光测控有限公司的 D C A P - 3 0 0 0 系 列产品; 除此之外， 在本钢的 综合保 护装置还有上海A B B 集团的R E F 系列、大连S E L 系列、 西门子的7 U M 6 2 系列产品， 综自 产品的应用 成为本钢2 1 世纪电网的亮点。 2 综自 产品的优点 2 . 1 在线运行的可靠性高。 变电站综合自 动化系统 可以 利用软件实现在线自 检， 具有故障诊断功能。 继 电 保护定值的修改可在线， 这就避免了修改定值必 须停电。 2 .2 供电质量高。 由于在变电站综合自 动化系统中 包括有电压、 无功自 动控制功能， 故对于具有有载调 压变压器和无功补偿电容器的变电站， 可以大大提 高电压的合格率。 2 .3 专业综合， 易于发现隐患， 处理事故 恢复供电 快。 2 .4 变电站运行管理的自 动化水平高。 在常规变电 站中， 由 于装设的二次系统仅适合用肉眼监视， 人工 抄表所记录的数据， 误差大、 离散性高、 可信度低， 利 用综合保护后， 可实现监视、 抄表等由 计算机来完 成， 更重要的是计算机可实现故障录波， 自 动保存历 史记录， 便于事故的分析。 2 .5 减少控制电缆， 缩小占 地面积。 2 . 6 维护调试方便。 微机保护和自 动装置的定值可 在线读出检查， 可节约定期核对定值的时间。 3 各家产品的共性与个性差异 基于以上诸多优越性， 综合自 动化产品越来越 受到各在线厂矿的青睐， 但由于各厂对综合自 动化 产品的功能要求各不相同， 故引人了 不同的综自 产 品， 各产品在诸多方面存在差异与共性。 3 . 1 各家产品的共性 各家产品均采用模块化设计， 硬件结构主要包 2 0 0 6 年第5 期 总第 1 1 7期 冶金动力 ME T A L L U R G I C A L P O WE R 括: 模拟量输人/ 输出回路、 微型机系统、 开关量输 人/ 输出回路、人机对话接口回路、通信回 路和电 源。 模拟量输人/ 输出回路: 将模拟量电压、 电流这 一类信号转化成微机系统能接受的数字脉冲信号。 微型机系统: C P U 及内 部存储器、 定时器/ 计数 器、 W a t c h d o g . 开关量输人/ 输出回 路: 开关量输人/ 输出回 路 由 并行接口、 光电 祸合电路及有触点的中间继电器 等组成， 主要用于人机接口 发跳闸信号、 本地和后台 机处的 告警和信号、 压板投送以及闭锁信号等。 通信回 路: 变电 所综合自 动化系统分为多个子系 统， 如监控子系统、 微机保护子系统、 自 动控制子系统 等， 各子系统之间需要通信， 如微机保护动作跳闸， 监 控子系 统需要知道， 即 需要他们之间 相互通信。 同时， 各子系统的动作情况还要远传给调度( 控制) 中心。 所以 通 信回 路的 功 能 是 完 成 机间 通 信 及 远 动 通 信。 通 信系统采用串口 通讯、 总线型分布结构。 人机对话接口回 路: 人W 寸 话接口回 路主要包 括打印、 显示、 键盘、 及信号灯、 语言报警或音响等， 其主要功能用于人机对话， 如调试、 定值整定、 工作 方式设定、 动作行为记录、 与系统通信等。 电源: 供电电源回 路提供了整套装置所需要的 直流稳压电源， 以 保证整个装置的可靠供电。 3 .2 存在差异 3 .2 . 1 从外观看， 机箱的面板设计、 装置的密码功 能不同。 3 .2 .2 微机型系统中的C P U功能不同 清华紫光厂家的D C A P - 3 0 0 0 系列采用双C P U 系统， 一个用于保护系统， 另一个为监控C P U系统， 且采用双口R A M实现了两个C P U之间的数据共享， 但两个C P U 工作相互无影响; 开关量输出( 遥控) 回 路， 装置设有9 个开关量出口， 一旦有任何一个出口 故障 后， 可方便地更换为其他出口; 交流回路采用内 置小P T 和小C T 交流电流( 电 压) 经隔离、 放大后进 人C P U系统的 采样回 路。 装置的四块插件: C T / P T 插 件、 继电 器插件( I / 0 ) , C P U 插件及电源插件， 彼此分 离， 如果有一个插件故障可以随意更换。 3 .2 .3 从通讯网 络来看 上海申瑞厂家的 D C P - 8 2 0系列产品采用 L O N W O R K S 现场总 线型 控制网 络， 采用分层分布 式 的通讯结构， 对站内通讯网的信息进行合理化管理， 根据数据的特征进行不同的处理， 这样可使通讯负 荷合理分配， 避免出 现“ 瓶颈” 现象。但其他厂家的 产品均采用 R S - 4 8 5 的通讯规约缺乏统一的标准， 使不同的厂家的设备很难互联， 给用户带来不便。 L O N W O R K S 网 络是美国E c h e - l o n 公司 推出， 其完 全符合I S O ( 国际标准化组织) 定义的开放系统互 联全部七层服务模型。协议的每一层对面向 测控网 络来说都是最优的， 可使控制信号在各种媒体中非 常可靠地传输。另外， L O N W O R K S 网络对本系统通 信网络的收发讯机是自由 拓扑型， 这样系统的组网 方便灵活且具有延续性。系统采用分层分布式的通 讯结构， 对站内通讯网的信息进行合理化处理。 根据 数据的特征进行不同的处理， 这样可使通讯负荷合 理分配、 避免出现“ 瓶颈” 现象。 4 在实际应用中综合自动化装置与传统继 电器的差别 目 前， 本钢采用的 综合自 动化装置以 清华紫光的 D E A P - 3 0 0 1 系 列最多， 下面 就以 其为 例做一 简 述: 4 . ， 在以往的电机保护中采用电磁型继电器 G L 系列作为反时限保护， 反时限过电流保护的动作时 间是用时间把手来实现调整， 但采用微机保护后， 综 合自 动化装置是用软件来实现， 有若干条曲 线可供 选择。整定人员需根据电机厂家提供电机的发热曲 线整定其所需参数， 作为电 机的后备保护。 4 .2 大型变压器和大电 机的差动保护与常 规有异 4 .2 . 1 变压器保护C T 的接线形式 常规的变压器的差动保护是利用外部电流互感 器的接线来纠正角度，即Y形绕组侧的C T 所采用 形接线， 但微机保护中在装置内部实现了C T的 形接线， 不用在外部接线上进行调整， 基本上外部 电流互感器接线形式仍采用减极性接法， 如图1 变 压器差动保护， 但紫光厂家的差动保护装置的接线 与其他厂家不同， 调试人员需根据综合保护装置的 内部接线决定是否调整外部电流互感器的极性。 4 .2 .2 差动保护的 设置与常规保护亦不同 综自 产品均采用比 率制动式差动保护，比 率制 动式差动保护的灵敏度，减少了 在差动保护C T 外 部短路故障时， 差动保护误动的可能性。 但在保护的 菜单设置时， 需仔细考虑其平衡系数。 由于差动保护 的启动电流要小于B C H - 2 型差动继电器， 有的需要 输人平衡系数， 如清华紫光厂家的产品、 北京德威特 乓 家 的 产 品 ; 有 的 不 需 要 输 人 平 衡 系 数 、 而 由 装 置 内 部进行纠正， 如上海申 瑞厂家的D E P - 5 0 0 系列。 4 .2 .3 两侧电流互感器的变比 在综合自 动化保护中， 两侧C T的 变比 可相同， 亦可不同， 在装置内部可完成对变比的纠正。 冶金动力 ME T A L L U R G I C A L P O WE R 2 0 0 6 年第5 期 总第 1 1 7期 II 一电 流互感器一次电流i l . i f 一 一 一 电 流互感器二次电流 图， 微机保护中变压器差动保护用C T的接线图 4 .2 .4 变压器空载合闸时励磁涌流 在变压器空载投人和外部故障切除后电压恢复 时，可能出现的最大励磁电流可达到额定电流的 6 - 8 倍， 在微机保护中， 采用比率制动式差动保护， 即: 保护的动作电流( 差动电流定值) 随外部短路电 流按比 率增大， 既能保证外部短路时不误动， 又能保 证内 部短路有较高的 灵敏度。 所谓的比 率即: 差动电 流与制动电流的比 值， 制动电流， 在不平衡电流较大 时有制动作用， 而在内部故障时制动作用最小。 清华紫光厂家的产品需同极性端进人保护装 置， 若按照常规老式B C H - 2 型继电器的1 8 0 0接 法， 将使得两侧电流相加而导致差动保护误动。 由于各厂家产品在保护的接线形式上存在差 异， 这就要求试验人员针对其具体形式具体分析， 对 大型变压器及发电 机、电动机保护应从接线形式上 采用校线方法或通过3 8 0 V电压试验方法将其极 性校准， 即通常所说的相量试验， 以确保其送电后， 保护不会误动。 5 结语 自1 9 9 9 年至今已有1 0 余家综自 产品应用于本 钢电网， 综自 产品的应用不仅提高了供电的可靠性， 而且缩短了保护的动作时间， 对开关的控制可采用 远方控制， 对发生的事故可保存记忆， 对保护定值的 修改可在线， 其优越性是显而易见的， 但在其应用过 程中 也出现了一些问题， 厂家也在不断改进。 【参 考 文 献 】 I 丁 书 文， 黄 T O 诚， 胡 起宙 .变电 站 综 合自 动 化 原 理 及 应 用 阅. 北 京: 中国电 力出 版社， 2 0 0 3 . 2 l 南京电 力学校. 电 力系 统 继电 保护阅北京: 水利电 力出 版 社， 1 9 8 4 . 收稿日 期: 2 0 0 6 - 0 4 - 2 5 作者简介: 刘春华( 1 9 7 5 - ) ， 女; 1 9 9 8 年毕业于东北电 力学院电 力系 统及其自 动化专业， 电 气工程师， 现从事继电 保护整定计算工作。 ( 上接第3 页)电流变化率d i / d t( 图2 中的直线 5 ) ， 只有在两者同时超过整定值时， F S R才会动作。 5 .5 F S的截流时间 最大运行方式下的三相短路电流:I = V2 一 I k s i n l 8 t o 装置的 运算时间: t o = a r c s i n ( I b . J- I k V-2- ) / 1 8 m s . 对 1 FF S R : t o = a r c s i n( 1 1. I M V 2) / 1 8 = a r c s i n ( 8 / 1 4 .6 2 丫百) / 1 8 = 1 . 2 6 5 m s 对2 F S R : t o = a r c s i n口 山 从2 认2) / 1 8 = a r c s i n ( 8 / 1 8 .5 6 丫.丁) / 1 8 = 0 .9 8 6 m s 截 流 时 间: t l= to + 0 .6 m s F S ; 截流时间为 1 . 8 6 5 m s , F S 2 - 截流时间为 1 . 5 8 6 . m s o 说明: ( 1 )当1 # , 2 # 主变并联运行时， 6 k V系 统处发生短路故障时， 流过F S R ; 的最大短路电流为 1 k ,= 1 4 .6 2 k A 、流过F S R Z 的最大的短路电流为 几二 1 8 . 5 6 k A , ( 2 ) 0 .6 m s 包含桥体F S 动作时间0 . 1 m s 及高 压限流 熔断器( F U ) 熔断时间0 .5 m s . 6 效果检查 自 大容量快速开关投运后， 其正常运行时， 1 2 # 主变6 k V 侧的限流电抗器被F S R 短接， 电流全 部从F S R中流过， 从而根本上避免了正常运行时因 电抗器自 身带来的电压波动， 再加上通过合理调整 轧材单位冲击性负荷在主变的分配，四总降6 k V 系 统的电 压波动幅 度基本上限 制在4 0 0 V以内 ( 注: 3 5 k V侧的负荷变化较大时对6 k V 侧母线电压也 有较大影响)， 6 k V 侧的 母线电 压波动满足了电 压 质量的要求， 确保了轧材单位能充分发挥轧材效益。 此外由于短接了1 , 2 # 限流电 抗器， 每台限流电抗 器的有功损耗为2 1 k W， 若1 年按8 6 4 0 运行小时 计算， 可节约电能3 6 2 8 8 0 k W h ， 按电费0 .5 元 / k W h 计， 可节约电费 1 8 多万元。 【参 考 文 献 】 1 l 余 健明， 同向 前， 苏文 成.供电 技 术 凹北京: 机 械 工 业出 版 社， 2 0 0 3 . 收稿日 期: 2 0 0 6 - 0 6 - 0 5 作者简介: 王忠明( 1 9 6 8 - ) ， 男， 2 0 0 3 年毕业于南昌航空工业学院计 算机科学与技术专业， 工程师， 现从事工厂供配电系统技术管理工 作。